Моларност, разредување и стехиометрија на раствори

Моларноста брои молови по литар раствор

Моларноста, наречена и количинска концентрација, е количеството растворена супстанција во молови поделено со волуменот на растворот во литри: c = n/V, во mol/L, често пишувано M. Раствор на глукоза од 0.250 mol/L содржи 0.250 mol глукоза во секој литар од крајниот раствор. Правоаголните загради ја означуваат моларната концентрација на честичка, како во [Cl⁻].

Волуменот е волумен на растворот, а не на растворувачот. Растворањето на супстанција во точно 1.000 L вода воопшто дава вкупен волумен што не е 1.000 L, па растворите се дополнуваат до цртата за калибрација во мерна колба, а не со додавање измерен волумен вода.

Кај силен електролит, концентрациите на јоните следат од формулата. Раствор на CaCl₂ од 0.150 mol/L е 0.150 mol/L во Ca²⁺ и 0.300 mol/L во Cl⁻, бидејќи секоја формулска единица ослободува два хлоридни јона. Моларноста се менува малку и со температурата, бидејќи растворите се шират кога се загреваат.

Подготовка на раствор од измерена цврста материја

Потребното количество е n = c × V, а масата за мерење е n × M, каде M е моларната маса. Измерете ја цврстата материја, растворете ја во помалку вода од крајниот волумен, префрлете ја во мерна колба додека ја плакнете чашата во колбата, дополнете до цртата и измешајте со превртување.

Решен пример: подгответе 250.0 mL од 0.0800 mol/L бакар(II) сулфат од сини кристали на бакар(II) сулфат пентахидрат, CuSO₄·5H₂O. Со стандардни атомски тежини на IUPAC заокружени на две децимали (Cu 63.55, S 32.06, O 16.00, H 1.01), моларната маса на хидратот е 63.55 + 32.06 + 4(16.00) + 5(18.02) = 249.71 g/mol.

n = 0.0800 mol/L × 0.2500 L = 0.02000 mol. Маса = 0.02000 mol × 249.71 g/mol = 4.994 g, па измерете 4.99 g од пентахидратот. Секоја формулска единица сè уште дава еден Cu²⁺ и еден SO₄²⁻, но кристалната вода се додава на масата што ја мерите. Ако ја употребевте моларната маса на безводната сол, 159.61 g/mol, и измеревте 3.19 g од хидратот, растворот би бил само 0.0511 mol/L, околу 36% премногу разреден.

Разредување на основен раствор со C₁V₁ = C₂V₂

Додавањето растворувач го менува волуменот, но не и количеството растворена супстанција. Бидејќи n = cV пред и по разредувањето, C₁V₁ = C₂V₂, каде 1 се однесува на основниот раствор, а 2 на разредениот. Функционира која било единица за волумен ако двата волумена ја користат истата, бидејќи единиците се скратуваат.

Решен пример: ви требаат 500.0 mL натриум хлорид од 0.360 mol/L и имате основен раствор од 2.40 mol/L. V₁ = C₂V₂ ÷ C₁ = (0.360 mol/L × 500.0 mL) ÷ 2.40 mol/L = 75.0 mL. Проверка: основниот раствор е 2.40 ÷ 0.360 = 6.67 пати поконцентриран, па ви треба околу една седмина од крајниот волумен, а 500.0 mL ÷ 6.67 = 75.0 mL.

Одмерете 75.0 mL основен раствор во мерна колба од 500 mL и дополнете до цртата. Не додавајте едноставно 425.0 mL вода: волумените на растворите не се строго адитивни, а C₂ се однесува на крајниот волумен. Кога разредувате концентрирана киселина, додавајте ја киселината во водата, а не водата во киселината, бидејќи ослободената топлина може да предизвика прскање.

Стехиометрија на раствори: од волумен во молови и назад

Во реакциите меѓу раствори, моларноста го претвора волуменот во молови преку n = c × V. Соодносот на молови од изедначената равенка потоа се применува токму како во стехиометријата заснована на маса, а втора моларност претвора назад во волумен ако е потребно.

Решен пример: кој волумен бариум хлорид од 0.125 mol/L го таложи целиот сулфат од 40.0 mL натриум сулфат од 0.0850 mol/L и каква маса бариум сулфат се формира? Нето-јонската равенка е Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → BaSO₄(s). n(SO₄²⁻) = 0.0850 mol/L × 0.0400 L = 3.40 × 10⁻³ mol. Соодносот е 1:1, а секој BaCl₂ дава еден Ba²⁺, па V = 3.40 × 10⁻³ mol ÷ 0.125 mol/L = 0.0272 L, или 27.2 mL.

Моларната маса на BaSO₄ (Ba 137.33, S 32.06, O 16.00) е 233.39 g/mol, па формираната маса е 3.40 × 10⁻³ mol × 233.39 g/mol = 0.794 g. Секој одговор има три значајни цифри, определени од 0.0850 mol/L, 40.0 mL и 0.125 mol/L.

Титрација: претворање на очитувањето на бирета во концентрација

При титрација, раствор со позната концентрација, титрантот, се додава од бирета кон измерен волумен примерок додека реакцијата не заврши. Точката на еквивалентност е кога додаденото количество титрант одговара на примерокот според стехиометрискиот однос. Крајната точка е кога индикаторот ја менува бојата, а погоден индикатор ги прави двете речиси да се совпаднат.

Решен пример: примерок од 20.00 mL раствор на бариум хидроксид со непозната концентрација бара 28.36 mL хлороводородна киселина од 0.1208 mol/L за да се достигне крајна точка со фенолфталеин. Ba(OH)₂(aq) + 2 HCl(aq) → BaCl₂(aq) + 2 H₂O(l). n(HCl) = 0.1208 mol/L × 0.02836 L = 3.426 × 10⁻³ mol. n(Ba(OH)₂) = 3.426 × 10⁻³ mol ÷ 2 = 1.713 × 10⁻³ mol. c(Ba(OH)₂) = 1.713 × 10⁻³ mol ÷ 0.02000 L = 0.08565 mol/L, со четири значајни цифри.

Факторот 2 е важен. Третирањето на реакцијата како 1:1 би дало 0.1713 mol/L, двојно од вистинската вредност, затоа C₁V₁ = C₂V₂ не треба да се користи за титрации. Концентрацијата на самиот титрант се утврдува однапред со стандардизација, титрирајќи го против измерен примарен стандард; натриум карбонатот е вообичаен избор за киселини.

Грешки со концентрацијата и како да се забележат

Повеќето грешки со концентрацијата се грешки во единиците или во поставувањето. Пишувањето единици кај секоја величина и проверката дали резултатот се движи во очекуваната насока фаќа речиси сите.

Разредениот раствор мора да биде помалку концентриран од основниот, масата измерена за хидрат мора да е поголема отколку за безводната сол, а волуменот на титрантот треба да е во опсегот на биретата. Резултат што нарушува кое било од овие заслужува втор поглед.

• Користење милилитри во n = c × V со c во mol/L. Прво претворете во литри; mL × mol/L не дава mol.
• Користење на волуменот на растворувачот наместо на крајниот волумен на растворот.
• Користење на моларната маса на безводната сол за хидрат.
• Примена на C₁V₁ = C₂V₂ врз реакција. Тоа го опишува само разредувањето; за реакции, минете низ молови и соодносот на молови.
• Заборавање на бројот на јони, како третирање на CaCl₂ од 0.150 mol/L како 0.150 mol/L во Cl⁻.
• Додавање на крајниот волумен вода наместо разредување до крајниот волумен.